目錄
第3篇 熱學(xué)
第13章 溫度和氣體動(dòng)理論 3
13.1 平衡態(tài) 3
13.1.1 熱力學(xué)系統(tǒng) 3
13.1.2 平衡態(tài)與狀態(tài)參量 3
13.1.3 熱力學(xué)第零寇律（熱平衡定律） 4
13.2 理想氣體的狀態(tài)方程 4
13.2.1 氣體的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 5
13.2.2 理想氣體 理想氣體的物態(tài)方程 5
13.2.3 混合理想氣體的物態(tài)方程 7
13.3 氣體分子熱運(yùn)動(dòng)與統(tǒng)計(jì)規(guī)律 7
13.3.1 對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí) 7
13.3.2 分子熱運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 8
13.4 理想氣體的壓強(qiáng)和溫度 10
13.4.1 理想氣體的微觀模型 10
13.4.2 理想氣體的壓強(qiáng) 10
13.4.3 理想氣體的溫度 12
13.5 能量按自由度均分 12
13.5.1 分子運(yùn)動(dòng)的自由度 12
13.5.2 能量按自由度均分定理 13
13.5.3 理想氣體的內(nèi)能 14
13.6 麥克斯韋速率分布律 16
13.6.1 速率分布概念和速率分布函數(shù) 16
13.6.2 麥克斯韋速率分布函數(shù)和分布曲線 17
13.6.3 三種統(tǒng)計(jì)速率 18
13.6.4 麥克斯韋速率分布律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 20
13.7 玻爾茲曼分布 22
13.7.1 玻爾茲曼分布律 22
13.7.2 重力場(chǎng)中粒子按高度的分布 23
13.8 平均自由程 24
13.8.1 分子的平均碰撞頻率 24
13.8.2 氣體分子的平均自由程 25
提要 25
思考題 26
習(xí)題 27
第14章 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 29
14.1 熱力學(xué)第一定律 29
14.1.1 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 29
14.1.2 內(nèi)能、熱量和功熱力學(xué)第一定律的表述 29
14.2 理想氣體的內(nèi)能和熱容 32
14.2.1 焦耳實(shí)驗(yàn)理想氣體的內(nèi)能 32
14.2.2 理想氣體的摩爾熱容、邁耶公式 32
14.3 理想氣體的典型準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 34
14.3.1 等體、等壓和等溫過(guò)程 34
14.3.2 絕熱過(guò)程 36
14.4 循環(huán)過(guò)程 38
14.4.1 循環(huán)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過(guò)程 38
14.4.2 熱機(jī)及效率 39
14.4.3 制冷機(jī)及制冷系數(shù) 40
14.4.4 卡諾循環(huán) 41
14.5 熱力學(xué)第二定律 43
14.5.1 熱力學(xué)第二定律的兩種表述 43
14.5.2 兩種表述的等效性 43
14.5.3 不可逆過(guò)程和可逆過(guò)程 44
提要 44
思考題 45
習(xí)題 46
第4篇 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波動(dòng)
第15章 機(jī)械振動(dòng) 51
15.1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述 51
15.1.1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振動(dòng)方程 51
15.1.2 描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三個(gè)特征量 52
15.1.3 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的速度和加速度 52
15.1.4 旋轉(zhuǎn)矢量表示法 55
15.2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的動(dòng)力學(xué) 58
15.2.1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程 58
15.2.2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的實(shí)例 59
15.2.3 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量 64
15.3 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 67
15.3.1 同一直線上同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 68
15.3.2 同一直線上不同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 70
15.3.3 兩個(gè)相互垂直筒諧振動(dòng)的合成 71
15.4 阻尼振動(dòng) 受迫振動(dòng) 共振 74
15.4.1 阻厄振動(dòng) 74
15.4.2 受迫振動(dòng) 75
15.4.3 共振 76
提要 76
思考題 78
習(xí)題 78
第16章 機(jī)械波 81
16.1 機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播 81
16.1.1 機(jī)械波的產(chǎn)生 81
16.1.2 橫波與縱波 82
16.1.3 波線、波面與波前 83
16.1.4 描述波的物理量 創(chuàng)
16.1.5 彈性介質(zhì)的形變與披速 84
16.2 平面簡(jiǎn)諧波 86
16.2.1 平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù) 87
16.2.2 波函數(shù)的物理意義 88
16.2.3 平面波的波動(dòng)微分方程 92
16.3 機(jī)械波的能量 93
16.3.1 機(jī)械波的能量與能量密度 93
16.3.2 波的能流與波的強(qiáng)度 95
16.3.3 聲波的聲強(qiáng) 96
16.4 惠更斯原理波的反射與折射 97
16.4.1 波的衍射現(xiàn)象 97
16.4.2 惠更斯原理 97
16.4.3 用惠更斯作圖法推導(dǎo)反射和折射定律 98
16.5 波的干涉 100
16.5.1 波的疊加原理 100
16.5.2 兩列波的干涉 100
16.6 駐波 104
16.6.1 駐波的形成 104
16.6.2 駐波波函數(shù) 105
16.6.3 駐波的特點(diǎn) 105
16.6.4 半波損失 106
16.7 多普勒效應(yīng) 109
16.7.1 機(jī)械波的多普勒效應(yīng) 109
16.7.2 電磁波的多普勒效應(yīng) 112
16.7.3 沖擊波 112
提要 113
恩考題 115
習(xí)題 115
第5篇 光學(xué)
第17章 幾何光學(xué) 121
17.1 幾何光學(xué)的基本概念 121
17.2 光的反射與折射 122
17.2.1 反射和折射定律 122
17.2.2 反射率與透射率 123
17.2.3 全反射 123
17.3 光在平面界上的反射與折射 124
17.3.1 平面反射成像 124
17.3.2 光在平面上的折射單心性的破壞 125
17.4 球面反射鏡 126
17.4.1 球面鏡成像公式 126
17.4.2 球面鏡成像幾何作圖方法（光路圖法） 127
17.4.3 像的橫向放大率 128
17.5 光在球面上的折射 129
17.5.1 球面對(duì)任意光線的折射 129
17.5.2 球面對(duì)近軸光線的折射 129
17.6 薄透鏡 130
17.6.1 透鏡 130
17.6.2 薄透鏡的焦距 131
17.6.3 薄透鏡成像 132
17.7 常用光學(xué)儀器簡(jiǎn)介 134
17.7.1 照相機(jī)和投影儀的光學(xué)原理 134
17.7.2 助視儀器 134
提要 137
思考題 139
習(xí)題 139
第18章 光的干涉 141
18.1 相干光的獲取 141
18.1.1 光是一種電磁波 141
18.1.2 光的相干條件 142
18.1.3 普通光源的發(fā)光特點(diǎn) 142
18.1.4 相干光的獲取方法 143
18.2 相干點(diǎn)光源的干涉 143
18.2.1 光程與光程差 143
18.2.2 兩個(gè)相干點(diǎn)光源的干涉 145
18.2.3 條紋的對(duì)比度 146
18.2.4 振幅比對(duì)條紋對(duì)比度的影響 147
18.3 楊氏干涉實(shí)驗(yàn)與分波前干涉方法 147
18.3.1 楊氏雙孔干涉 147
18.3.2 楊氏雙縫于涉 148
18.3.3 楊氏干涉條紋的特點(diǎn) 149
18.3.4 與楊氏雙縫類似的分波前干涉實(shí)驗(yàn) 151
18.4 薄膜干涉 153
18.4.1 薄膜干涉概述 153
18.4.2 等厚干涉 156
18.4.3 等傾干涉 161
18.4.4 增透膜和高反射膜 164
18.5 邁克耳孫干涉儀 166
18.5.1 儀器結(jié)構(gòu) 166
18.5.2 干涉條紋 167
18.5.3 補(bǔ)償板的作用 168
18.5.4 白光的零級(jí)條紋 168
18.5.5 邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用 168
提要 169
思考題 171
習(xí)題 171
第19章 光的衍射 173
19.1 光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理 173
19.1.1 光的衍射現(xiàn)象 173
19.1.2 惠更斯菲涅耳原理 173
19.1.3 衍射分類 174
19.2 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射 174
19.2.1 點(diǎn)光源的單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的強(qiáng)度分布 174
19.2.2 單縫衍射因子的特點(diǎn) 178
19.2.3 線光源的單縫夫瑯禾費(fèi)衍射 180
19.3 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射光學(xué)儀器的像分辨本領(lǐng) 181
19.3.1 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射 181
19.3.2 光學(xué)儀器的像分辨本領(lǐng) 182
19.4 光柵衍射 185
19.4.1 光柵衍射原理 185
19.4.2 光柵方程 185
19.4.3 強(qiáng)度分布公式 186
19.4.4 縫間干涉因子的特點(diǎn) 187
19.4.5 單縫衍射因子的作用缺級(jí)現(xiàn)象 189
19.4.6 光柵光譜 191
19.4.7 平行光斜入射時(shí)的光柵衍射 193
19.5 X射線衍射 196
19.5.1 勞厄?qū)嶒?yàn) 196
19.5.2 布拉格方程 196
提要 198
思考題 199
習(xí)題 199
第20章 光的偏振 201
20.1 光的偏振特性 201
20.1.1 光的偏振現(xiàn)象 201
20.1.2 光的偏振態(tài) 202
20.2 線偏振光的獲得與檢驗(yàn) 205
20.2.1 偏振片的起偏與檢偏 205
20.2.2 馬呂斯定律 206
20.3 反射光和折射光的偏振態(tài) 207
20.3.1 s波p波的反射率與透射率 207
20.3.2 反射和折射時(shí)光的偏振態(tài) 208
20.3.3 布儒斯特定律 209
20.3.4 偏振的應(yīng)用 210
20.4 晶體的雙折射 211
20.4.1 光在晶體中的雙折射 211
20.4.2 惠更斯作圖法求雙折射光 214
20.5 晶體光學(xué)器件 218
20.5.1 偏振棱鏡 218
20.5.2 波片（相位延遲片） 220
20.6 偏振態(tài)的檢定 221
20.6.1 橢圓偏振光與圓偏振光的獲取方法 221
20.6.2 偏振態(tài)的檢定方法 221
20.7 偏振光的干涉 223
20.7.1 平行線偏振光通過(guò)波片的干涉強(qiáng)度 223
20.7.2 平行線偏振光干涉的特點(diǎn) 224
20.7.3 偏光顯微鏡的工作原理 225
20.7.4 人工雙折射 226
20.8 旋光現(xiàn)象簡(jiǎn)介 227
提要 228
思考題 229
習(xí)題 229
第6篇 近代物理學(xué)基礎(chǔ)
第21章 狹義相對(duì)論基礎(chǔ) 233
21.1 伽利略變換和經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀 233
21.1.1 伽利略變換 233
21.1.2 絕對(duì)時(shí)空觀 234
21.1.3 伽利略相對(duì)性原理和經(jīng)典物理學(xué)的困難 235
21.2 狹義相對(duì)論的基本概念洛倫茲變換 237
21.2.1 狹義相對(duì)論基本原理 237
21.2.2 洛倫茲變換 237
21.3 狹義相對(duì)論時(shí)空理論 241
21.3.1 “同時(shí)”的相對(duì)性 241
21.3.2 時(shí)間延緩效應(yīng) 242
21.3.3 運(yùn)動(dòng)尺度收縮 243
21.3.4 因果律與信號(hào)傳遞速度 245
21.4 狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 246
21.4.1 相對(duì)論質(zhì)量 246
21.4.2 相對(duì)論能量 248
21.4.3 質(zhì)能關(guān)系 250
21.4.4 動(dòng)量能量關(guān)系式 251
提要 252
思考題 253
習(xí)題 253
第22章 波粒二象性 255
22.1 黑體輻射 255
22.1.1 熱輻射基本概念黑體輻射 255
22.1.2 普朗克量子假設(shè) 257
22.2 光電效應(yīng)愛(ài)因斯坦光量子理論 258
22.2.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 258
22.2.2 愛(ài)因斯坦光量子假設(shè) 259
22.2.3 光的波粒二象性 260
22.3 康普頓效應(yīng) 261
22.3.1 康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 261
22.3.2 康普頓效應(yīng)的光子理論解釋 262
22.4 玻爾的氫原子理論 263
22.4.1 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 263
22.4.2 玻爾的氫原子假設(shè) 264
22.5 實(shí)物粒子的波粒二象性 266
22.5.1 德布羅意物質(zhì)波假設(shè) 266
22.5.2 德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 267
22.6 不確定關(guān)系 268
提要 270
思考題 271
習(xí)題 272
第23章 量子力學(xué)基礎(chǔ) 274
23.1 波函數(shù)薛定海方程 274
23.1.1 波函數(shù) 274
23.1.2 薛定諤方程 275
23.2 薛定諤方程在幾個(gè)定態(tài)問(wèn)題上的應(yīng)用 276
23.2.1 一維無(wú)限深勢(shì)阱中的粒子 276
23.2.2 一維勢(shì)壘和隧道效應(yīng) 278
23.2.3 線性諧振子 279
提要 280
思考題 280
習(xí)題 281
第24章 原子中的電子 282
24.1 氫原子中的電子 282
24.2 原子的殼層結(jié)構(gòu) 286
24.3 X射線 288
24.3.1 連續(xù)譜韌致輻射 288
24.3.2 特征譜 289
提要 289
思考題 290
習(xí)題 290
第25章 固體中的電子 291
25.1 金屬中的自由電子氣 291
25.1.1 金屬的自由電子氣模型 291
25.1.2 金屬中自由電子的能量與波函數(shù) 291
25.1.3 態(tài)密度 292
25.1.4 自由電子的基態(tài) 費(fèi)米能 293
25.1.5 自由電子的熱激發(fā)態(tài) 293
25.1.6 晶體的熱容和電子的熱容 293
25.2 能帶理論 294
25.2.1 晶體中電子的波函數(shù) 布洛赫定理 294
25.2.2 晶體中電子的能量 準(zhǔn)自由電子近似 295
25.2.3 導(dǎo)體 半導(dǎo)體 絕緣體 295
25.2.4 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷 296
25.2.5 PN結(jié) 297
提要 298
思考題 298
習(xí)題 299
第26章 激光 300
26.1 愛(ài)因斯坦受激輻射理論 300
26.1.1 自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射的概念 300
26.1.2 三個(gè)愛(ài)因斯坦系數(shù)之間的關(guān)系 301
26.1.3 受激輻射的相干性 302
26.2 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)與光放大 302
26.2.1 粒子數(shù)按能級(jí)的統(tǒng)計(jì)分布 302
26.2.2 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的概念 302
26.2.3 能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激活介質(zhì) 303
26.2.4 泵浦的幾種方法 304
26.2.5 增益系數(shù)G 305
26.3 諧振腔光的自激振蕩 306
26.3.1 激光自激振蕩概念 306
26.3.2 諧振腔的作用 307
26.3.3 能輸出線偏振光的激光器 309
26.4 激光的單色性 309
26.4.1 譜線寬度 309
26.4.2 激光的縱模 310
26.4.3 激光的橫模 311
26.5 激光的特性及其應(yīng)用 311
26.5.1 激光器的三個(gè)基本組成部分及其作用 312
26.5.2 激光的優(yōu)秀特性 312
26.5.3 激光的應(yīng)用 312
26.6 激光器舉例 312
26.6.1 固體激光器 312
26.6.2 氣體激光器 314
26.6.3 自由電子激光器 316
26.6.4 其他激光器 317
提要 318
思考題 319
參考文獻(xiàn) 320
習(xí)題答襄 321
附錄 327
基本物理常數(shù)表 327
幾個(gè)保留單位和換算關(guān)系 328